變電站現場佩戴安全帽智能監控預警系統研究

朱明增（廣西電網有限責任公司貴港供電局，廣西 貴港 537100）

變電站現場佩戴安全帽智能監控預警系統研究

朱明增
（廣西電網有限責任公司貴港供電局，廣西 貴港 537100）

結合變電站作業現場客觀環境分析，本裝置系統采用中央處理單元（stm32f103），攝像頭監控裝置（ov7670），熱釋電紅外傳感模塊（HC-SR501），GSM模塊（SIM900A），語音報警模塊（YS07）等硬件，進行電路設計，PCB設計自主研發，程序采用腐蝕算法和階層迭代進行，并結合基于動態路由機制視覺測量定位及校正核心思想對快速進行特征提取，從而判斷現場工作人員是否佩戴安全帽。裝置安裝在變電站一次設備入口處，利用熱釋電紅外傳感模塊監測有無作業人員進入，結合攝像頭監控裝置采集圖像分析，確認作業人員是否已佩戴安全帽，若正確佩戴安全帽，則允許進入，沒有佩戴安全帽則關閉門禁不允許進入，并啟動語音報警模塊語音報警，啟動GSM模塊錄音電話通知當值運行人員，也消除安全隱患，保證作業人員安全，提高安全生產管理。

變電站；安全帽；智能監控；攝像頭

目前，國內變電站大多數采用無人值守，巡維管理模式，變電站一旦發生事故，絕大多數情況都危及工作人員健康乃至生命，主變泄露、開關爆炸、電抗器起火等，這些事故都會不定向產生沖擊力很大的墜落物，佩戴安全帽能對人體頭部受墜落物及其他特定因素引起的傷害起防護作用，在變電站生產現場都必須佩戴安全帽，佩戴安全帽可保護自身安全。變電站管理明確規定，任何人進入變電站生產現場都必須佩戴安全帽，然而，時常有不少臨時工、民工等外單位人員進入變電站現場時未佩戴安全帽，安全意識薄弱，運行值班人員無法全程現場監督，存在很大的安全隱患。因此，為提高變電站安全生產管理，研發一套變電站現場佩戴安全帽智能監控預警系統，實現對進入變電站人員實時監控，降低作業風險。

1 系統功能及總體機構

（1）系統框架說明

圖1 系統框架圖

圖2 系統功能圖

將本裝置安裝在變電站一次設備入口處，利用熱釋電紅外傳感模塊監測有無作業人員進入，結合攝像頭監控裝置采集圖像分析，確認作業人員是否已佩戴安全帽，若正確佩戴安全帽，則允許進入，沒有佩戴安全帽則關閉門禁不允許進入，并啟動語音報警模塊語音報警，啟動GSM模塊錄音電話通知當值運行人員，如圖1系統框架圖所示。

（2）系統功能說明

中央處理單元stm32f103通過并口轉FIFO緩存讀取OV7670攝像頭數據（320×240），通過算法處理結合熱釋電傳感器外部中斷觸發，識別出有沒有佩戴安全帽，控制門禁設備，并IO口直接發出脈沖信號控制語音報警模塊播報語音，通過RS232和GSM通信，發送撥打電話命令，如圖2所示的系統功能圖。

2 硬件設計

（1）電源設計

系統電源有三個電壓

等級，12V/5V/3.3V，因此

電源輸入采用12V輸入，一級電源選用LM2596-5V大功率的電源模塊，確保滿足系統需求，二級電源采用AMS1117-3.3線性穩壓，確保處理器電源紋波盡量小，提高抗干擾能力。

（2）圖像采集設計

OV7670攝像頭是一款數字攝像頭，數字攝像頭有較高的抗干擾性，但缺點是提升對處理器運行性能要求，為此，配合OV7670 FIFO緩存高速提取模式，采用PB0-PB7低八位并口設計，控制端選用PA與PC部分IO口，降低走線數據信號與控制信號之間的干擾，如圖3所示攝像頭模塊設計：

圖3 攝像頭模塊設計

圖4 液晶顯示模塊

（3）液晶顯示數據端口復用設計

本裝置設計攝像頭采集數據并實時在液晶屏顯示，為提高圖像顯示速度，緩解處理器負荷，設計數據端口復用，即液晶屏數據端口也使用PB0-PB7低八位并口，降低硬件復雜度，自然在軟件編寫層面就略些復雜，如圖4所示的液晶顯示模塊設計。

3 軟件設計

（1）系統軟件流程

本軟件開始系統初始化（IO配置初始化、串口初始化、始終初始化、液晶屏初始化、中斷初始化等），初始化成功后裝置自檢（自檢OV7670正常、自檢熱釋電傳感器正常、自檢液晶顯示正常等），自檢通過進入熱釋電掃描，當有人通過時，觸發外部中斷，打開攝像頭掃描，采集圖像數據進行圖像處理，識別成功就特征提取，分析有無佩戴安全帽以及佩戴安全帽的顏色匹配，若未佩戴安全帽就觸發撥打電話通知值班員，并控制門禁，若識別出已佩戴安全帽，則打開門禁允許進入，如圖5所示的系統軟件流程圖。

圖5 系統軟件流程圖

圖6腐蝕算法流程

（2）腐蝕算法研究設計

原理分析：用3×3的結構元素，掃描圖像每一個像素，用結構元素與其覆蓋的二值圖像做“與”操作：若都為1，結果圖像的該像素為1，否則為0。

結果：使二值圖像減小一圈，縮小目標選定的范圍。

定義：E = B∩S = { x，y | Sxy∩B}。

本系統設計中通過GUI_ReadBit（）函數讀取原始圖像數據，再進行RGBtoHSL（）轉換成HSL（便于圖像處理），用ColorMatch（）函數實現顏色匹配，匹配后搜索腐蝕中心，直至選定目標，如圖6所示的腐蝕算法流程。

結語

文章根據變電作業現場存在不佩戴安全帽的安全隱患展開深入研究，結合嵌入式技術、圖像處理算法研發出《變電站現場佩戴安全帽智能監控預警系統研究》，有效解決問題，對未佩戴安全帽人員實施管控化，消除安全隱患，保證作業人員安全，提高安全生產管理。

[1]馬振良.變電運行[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]張洋.原子教你STM32[M].北京：航空航天大學出版社，2013.

[3]桑卡.圖像處理、分析與機器視覺[M].北京：清華大學出版社，2011.

TM63

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變電站現場佩戴安全帽智能監控預警系統研究（QCGGG242014）。